RU2350563C2 - Aluminium and hydrogen production plant - Google Patents
Aluminium and hydrogen production plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2350563C2 RU2350563C2 RU2007116384/15A RU2007116384A RU2350563C2 RU 2350563 C2 RU2350563 C2 RU 2350563C2 RU 2007116384/15 A RU2007116384/15 A RU 2007116384/15A RU 2007116384 A RU2007116384 A RU 2007116384A RU 2350563 C2 RU2350563 C2 RU 2350563C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- reactor
- water
- hydrogen
- aluminium
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химической промышленности, в частности касается устройства для получения водорода и гидроокиси алюминия в слабом растворе щелочей из металлического алюминия окислением в среде ультразвукового поля.The invention relates to the chemical industry, in particular, to a device for producing hydrogen and aluminum hydroxide in a weak solution of alkali from aluminum metal by oxidation in an ultrasonic field.
Гидроксиды алюминия используются в различных областях промышленности в качестве адсорбентов, катализаторов и т.п. Гидроксиды алюминия высокой чистоты используются в электронной и оптической промышленности в виде тонкого порошка - в качестве абразивных порошков, в частности, для жестких дисков или магнитных головок, а также для получения исходного сырья для претензионной керамики, синтетических рубинов и сапфиров для оптической и электронной промышленности, для повышения прочностных характеристик бетонов в ответственном строительстве.Aluminum hydroxides are used in various industries as adsorbents, catalysts, etc. High-purity aluminum hydroxides are used in the electronic and optical industry in the form of a fine powder - as abrasive powders, in particular, for hard disks or magnetic heads, as well as for the production of raw materials for claims ceramics, synthetic rubies and sapphires for the optical and electronic industries, to increase the strength characteristics of concrete in critical construction.
Изобретение относится, в частности, к способу получения гидроксидов алюминия бемитной формы. Способ позволяет получать водород, который может использоваться для химических производств, металлургии, энергетического автономного обеспечения на основе водорода.The invention relates, in particular, to a method for producing aluminum hydroxides of boehmite form. The method allows to obtain hydrogen, which can be used for chemical production, metallurgy, autonomous energy supply based on hydrogen.
Основным способом промышленного получения гидроксидов алюминия является процесс Байера, а последующая их сушка и прокалка приводят к получению оксидов алюминия (Химическая энциклопедия, изд. "Советская энциклопедия", М., 1988 г., т.1, с.213-214).The main method for the industrial production of aluminum hydroxides is the Bayer process, and their subsequent drying and calcination lead to the production of aluminum oxides (Chemical Encyclopedia, ed. "Soviet Encyclopedia", M., 1988, v.1, s.213-214).
Однако обычные способы получения гидроксидов алюминия не обеспечивают достижения высокой чистоты продукта.However, conventional methods for producing aluminum hydroxides do not provide a high purity product.
Известен способ получения гидроксидов алюминия в виде тонкого порошка, который заключается в перемешивании соединения алюминия - прекурсора α-алюминия и по крайней мере одного из соединений, применяющихся в виде затравочного материала для кристаллов гидроксида алюминия, с последующей прокалкой в атмосфере, содержащей хлористый водород (ЕР №1262457, C01F 7/02, опубл. 04.12.2002).A known method of producing aluminum hydroxides in the form of a fine powder, which consists in mixing an aluminum compound, a precursor of α-aluminum and at least one of the compounds used as a seed material for crystals of aluminum hydroxide, followed by calcination in an atmosphere containing hydrogen chloride (EP No. 1262457, C01F 7/02, publ. 04.12.2002).
Однако этот способ не обеспечивает получения материала требуемой чистоты и заданной структуры. Кроме того, способ получения гидроксидов в виде гелей неудобен тем, что его выделение сопряжено с трудностями при фильтрации и, кроме того, для получения мелкодисперсных порошков необходимы стадии размола или экструдирования.However, this method does not provide a material of the required purity and desired structure. In addition, the method of producing hydroxides in the form of gels is inconvenient in that its isolation is difficult to filter and, in addition, grinding or extrusion steps are necessary to obtain fine powders.
Представляется, что более удобно получать гидроксиды алюминия взаимодействием металлического алюминия с водой, однако из-за образования на поверхности алюминия оксидной пленки его активность быстро падает. Для предотвращения этого явления используют различные добавки.It seems that it is more convenient to obtain aluminum hydroxides by the interaction of aluminum metal with water, however, due to the formation of an oxide film on the surface of aluminum, its activity rapidly decreases. To prevent this phenomenon, various additives are used.
Так, известны способы получения водорода, заключающиеся во взаимодействии металлов, в том числе алюминия с водой (US №3348919, 423-657, опубл. 24.10.1967, US №3985866, 423-657, опубл. 12.10.1976). Однако в этих способах, кроме алюминия, используются другие металлы - щелочные, щелочно-земельные металлы, или сплавы (ЕР №248960, С01В 3/086, опубл. 16.12.1987).So, there are known methods for producing hydrogen, which consist in the interaction of metals, including aluminum with water (US No. 3348919, 423-657, publ. 10.24.1967, US No. 3985866, 423-657, publ. 12.10.1976). However, in these methods, in addition to aluminum, other metals are used - alkali, alkaline-earth metals, or alloys (EP No. 248960, С01В 3/086, publ. 12/16/1987).
В других способах (US №2958582, 423-627, опубл. 01.10.1958, US №2958583, 423-627, опубл. 01.10.1958) получения гидроксидов алюминия и водорода необходимо использовать дополнительные вещества, способствующие проведению взаимодействия реагентов, например каталитические количества органических аминов. Введение этих веществ не дает возможности получать чистый гидроксид алюминия. Процесс взаимодействия алюминия или его соединений и водорода проводят на установке, включающей реактор с мешалкой, куда вводятся исходные реагенты. Установка включает теплообменник, сепаратор и фильтр для разделения получаемой суспензии гидроксидов алюминия с водой.In other methods (US No. 2958582, 423-627, publ. 01.10.1958, US No. 2958583, 423-627, publ. 01.10.1958) to obtain aluminum hydroxides and hydrogen, it is necessary to use additional substances that facilitate the interaction of the reactants, for example, catalytic amounts organic amines. The introduction of these substances makes it impossible to obtain pure aluminum hydroxide. The process of interaction of aluminum or its compounds and hydrogen is carried out in a facility that includes a reactor with a stirrer, where the starting reagents are introduced. The installation includes a heat exchanger, a separator and a filter for separating the resulting suspension of aluminum hydroxides with water.
Известен (US №2758011, 423-627, опубл. 07.08.1956) способ получения оксида алюминия в форме бемита (γ-AlOOH), который заключается во взаимодействии, проводимом в автоклаве, куда загружают воду и алюминий в виде мелкодисперсных частиц. Затем смесь нагревают до температуры 482-705°F (250-374°C), после чего начинают перемешивание при этой же температуре под давлением, достаточным для поддержания воды в жидкой фазе. Процесс ведут в течение времени, достаточного для взаимодействия всего алюминия, в приведенных примерах это время составляет около 4 часов. После того как весь алюминий прореагировал, перемешивание прекращают, автоклав с реакционной смесью охлаждают и отделяют полученный гидроксид алюминия. Установка для проведения способа включает реактор с мешалкой, отверстия для ввода воды и порошкообразного алюминия, отстойник, конденсатор для приема парогаза. Проведение такого способа в промышленном масштабе не технологично из-за его периодического режима; способ не позволяет варьировать форму получаемого продукта - гидроксида алюминия.Known (US No. 2758011, 423-627, publ. 07.08.1956) a method of producing alumina in the form of boehmite (γ-AlOOH), which consists in the interaction carried out in an autoclave, which load water and aluminum in the form of fine particles. The mixture is then heated to a temperature of 482-705 ° F (250-374 ° C), after which stirring is started at the same temperature under a pressure sufficient to maintain water in the liquid phase. The process is conducted for a time sufficient for the interaction of all aluminum; in the examples given, this time is about 4 hours. After all the aluminum has reacted, stirring is stopped, the autoclave with the reaction mixture is cooled and the resulting aluminum hydroxide is separated. The installation for carrying out the method includes a reactor with a stirrer, holes for introducing water and powdered aluminum, a sump, a condenser for receiving steam and gas. Carrying out such a method on an industrial scale is not technologically advanced due to its periodic mode; the method does not allow you to vary the form of the resulting product is aluminum hydroxide.
Известен способ получения водорода, который состоит в том, что металлосодержащие вещества взаимодействуют с водой. Металлосодержащие вещества перед подачей в реактор покрывают водорастворимой полимерной пленкой. Взаимодействие проводят в водной среде, параметры которой соответствуют параметрам ее сверхкритического состояния, что дает возможность проведения процесса послойного горения металлосодержащих веществ с выделением водорода (RU №2165388, С01В 3/10, опубл. 04.07.2000).A known method of producing hydrogen, which consists in the fact that the metal-containing substances interact with water. The metal-containing substances are coated with a water-soluble polymer film before being fed to the reactor. The interaction is carried out in an aqueous medium, the parameters of which correspond to the parameters of its supercritical state, which makes it possible to carry out the process of layer-by-layer combustion of metal-containing substances with the evolution of hydrogen (RU No. 2165388, СВВ 3/10, publ. 04.07.2000).
В качестве металлосодержащих веществ может использоваться порошкообразный алюминий, а в качестве водорастворимой полимерной пленки - раствор полиэтиленоксида в диоксане или метиловом спирте. Давление сверхкритического состояния водной среды составляет более 22,12 МПа, а температура - более 647,3 K (374°С). Способ позволяет получать водородную смесь состава: 96,1 об.% водорода, 3,9 об.% оксида углерода; и осуществлять регенерацию исходного сырья. Однако форма получаемого в результате проведения способа гидроксида алюминия не является бемитной.Powdered aluminum can be used as metal-containing substances, and a solution of polyethylene oxide in dioxane or methyl alcohol can be used as a water-soluble polymer film. The pressure of the supercritical state of the aquatic environment is more than 22.12 MPa, and the temperature is more than 647.3 K (374 ° C). The method allows to obtain a hydrogen mixture of the composition: 96.1 vol.% Hydrogen, 3.9 vol.% Carbon monoxide; and carry out the regeneration of the feedstock. However, the form of the resulting aluminum hydroxide process is not boehmite.
Известен усовершенствованный процесс получения высокочистого гидроксида алюминия [Al(ОН)3·3Н2О] в форме гидраргиллита, который включает стадии: (а) введение твердого, не порошкообразного алюминия, лучше в виде слитков, в горячую воду около 70°С с получением реакционной смеси; (b) перемешивание этой смеси около 20 минут; (с) введение твердого вещества, образующего щелочь, - желательно гидроксида натрия, в смесь и нагревание ее до температуры кипения; (d) снижение температуры до 75-80°С и перемешивание в течение 60 минут; (е) снижение температуры до комнатной; и (f) фильтрация смеси, в результате получают гидроксид алюминия высокой чистоты. В этом способе используется дополнительное вещество - гидроксид натрия, что способствует образованию примесей (US №5435986, C01F 7/02, опубл. 25.07.1995).An improved process for producing high-purity aluminum hydroxide [Al (OH) 3 · 3H 2 O] in the form of hydrargillite is known, which includes the steps of: (a) introducing solid, not powdered aluminum, preferably in the form of ingots, into hot water at about 70 ° C to obtain reaction mixture; (b) stirring this mixture for about 20 minutes; (c) introducing an alkali solid, preferably sodium hydroxide, into the mixture and heating it to a boiling point; (d) lowering the temperature to 75-80 ° C and stirring for 60 minutes; (e) lowering the temperature to room temperature; and (f) filtering the mixture, resulting in high purity aluminum hydroxide. This method uses an additional substance - sodium hydroxide, which contributes to the formation of impurities (US No. 5435986, C01F 7/02, publ. 25.07.1995).
Известен способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода из алюминия и дистиллированной воды, отличающийся тем, что из мелкодисперсного алюминия размером частиц не более 20 мкм готовят суспензию порошкообразного алюминия в воде при соотношении Al:Н2О=1:4-16 вес.ч., которую непрерывно подают в реактор высокого давления, где суспензию порошкообразного алюминия распыляют при диаметре капель не более 100 мкм в воду при температуре 220-900°С и давлении 20-40 МПа, при соотношении суспензии к воде 1:50-100 вес.ч., после выхода из реактора высокого давления парогаз подают в конденсатор и из него выводят водород, а гидроксид алюминия или оксид алюминия - в отстойник для суспензии. При этом гидроксид алюминия бемитной формы получают при температуре 250-350°С, давлении 32-35 МПа при соотношении Al:Н2О=1:8-12 вес.ч. (RU №2223221, C01F 7/42, С01В 3/10, опубл. 10.02.2004).A known method of producing hydroxides or oxides of aluminum and hydrogen from aluminum and distilled water, characterized in that from finely dispersed aluminum with a particle size of not more than 20 microns, a suspension of powdered aluminum in water is prepared at a ratio of Al: H 2 O = 1: 4-16 weight.h ., which is continuously fed into a high-pressure reactor, where a suspension of powdered aluminum is sprayed with a droplet diameter of not more than 100 μm into water at a temperature of 220-900 ° C and a pressure of 20-40 MPa, with a ratio of suspension to water of 1: 50-100 weight. hours after exiting the high the pressure of the gas is fed into the condenser and hydrogen is removed from it, and aluminum hydroxide or aluminum oxide into the sump for suspension. In this case, boehmite aluminum hydroxide is obtained at a temperature of 250-350 ° C, a pressure of 32-35 MPa with a ratio of Al: H 2 O = 1: 8-12 weight parts. (RU No. 2223221, C01F 7/42, СВВ 3/10, publ. 02/10/2004).
Из этого же источника известна установка для реализации способа, включающая смеситель, реактор, отстойник для суспензии, конденсатор. При этом реактор представляет собой аппарат, работающий под высоким давлением, снабженный форсункой, обеспечивающей распыление суспензии порошкообразного алюминия в воде до диаметра капель не более 100 мкм. Для реализации способа сначала готовят суспензию порошкообразного алюминия (размер частиц до 20 мкм, предпочтительно до 5 мкм) в воде при соотношении Al:Н2О=1:4-16 вес.ч. Эту дисперсию подают в реактор, где распыляют в воде, находящейся под давлением 20-40 МПа при температуре 220-900°С. Необходимо обеспечить тонкое распыление суспензии - размер капель должен быть не более 100 мкм, при этом соотношение суспензии к воде 1:50-100 вес.ч., при непрерывном отводе водорода и гидроксида алюминия.From the same source, a known installation for implementing the method, including a mixer, a reactor, a sedimentation tank for a suspension, a condenser. At the same time, the reactor is a high-pressure apparatus equipped with a nozzle for spraying a suspension of powdered aluminum in water to a droplet diameter of not more than 100 μm. To implement the method, first prepare a suspension of powdered aluminum (particle size up to 20 μm, preferably up to 5 μm) in water at a ratio of Al: H 2 O = 1: 4-16 weight.h. This dispersion is fed into the reactor, where it is sprayed in water under a pressure of 20-40 MPa at a temperature of 220-900 ° C. It is necessary to provide fine spraying of the suspension — the size of the drops should be no more than 100 microns, while the ratio of suspension to water is 1: 50-100 parts by weight, with continuous removal of hydrogen and aluminum hydroxide.
Данное известное решение принято в качестве прототипа.This well-known decision was made as a prototype.
Из анализа отечественных и зарубежных публикаций следует, что известные в настоящее время способы не обеспечивают полноту окисления алюминия водой и являются малопроизводительными. Кроме того, в этих способах используются преимущественно дорогостоящие порошки ультрадисперсного алюминия и активированные сплавы алюминия. Применение последних для получения водорода является неперспективным, так как это энергозатратные и малопроизводительные способы.From the analysis of domestic and foreign publications it follows that the currently known methods do not ensure the completeness of aluminum oxidation with water and are inefficient. In addition, these methods use predominantly expensive ultrafine aluminum powders and activated aluminum alloys. The use of the latter to produce hydrogen is unpromising, since these are energy-consuming and low-productivity methods.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по созданию установки для непрерывного способа, позволяющего одновременно получать водород и гидроксиды алюминия с высокой чистотой конечного продукта при минимально возможных энергозатратах.The present invention is directed to solving the technical problem of creating a plant for a continuous process, which allows to simultaneously produce hydrogen and aluminum hydroxides with high purity of the final product with the lowest possible energy consumption.
Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении эксплуатационной эффективности и производительности за счет обеспечения получения чистого водорода и продуктов окисления алюминия при поддержании безопасного температурного режима технологической смеси и исключения образования взрывоопасной смеси водорода с кислородом.The technical result achieved in this case is to increase operational efficiency and productivity by ensuring the production of pure hydrogen and aluminum oxidation products while maintaining a safe temperature of the process mixture and eliminating the formation of an explosive mixture of hydrogen with oxygen.
Указанный технический результат достигается тем, что в установке для получения гидроокиси алюминия и водорода, включающей устройство для смешивания мелкодисперсного порошка алюминия и воды, реактор для химического взаимодействия воды с алюминием, сопровождающегося выделением водородсодержащей газовой смеси и образованием продуктов окисления алюминия, а также устройство отвода водородосодержащей газовой смеси и продуктов окисления алюминия, реактор для химического взаимодействия воды с алюминием снабжен перемешивающим устройством и устройством ультразвукового облучения суспензии, расположенным внутри реактора.The specified technical result is achieved by the fact that in the installation for the production of aluminum hydroxide and hydrogen, including a device for mixing finely divided aluminum and water powder, a reactor for the chemical interaction of water with aluminum, accompanied by the release of a hydrogen-containing gas mixture and the formation of aluminum oxidation products, as well as a device for removing hydrogen-containing gas mixture and aluminum oxidation products, the reactor for chemical interaction of water with aluminum is equipped with a mixing device m and a device for ultrasonic irradiation of the suspension located inside the reactor.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения указанного технического результата.These features are significant and interconnected with the formation of a stable set of essential features sufficient to obtain the specified technical result.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.The present invention is illustrated by a specific example, which, however, is not the only possible, but clearly demonstrates the possibility of achieving the above set of features of the required technical result.
На чертеже - технологическая схема производства гидроокиси алюминия и получения водорода.In the drawing - a flow diagram of the production of aluminum hydroxide and hydrogen production.
В рамках настоящего изобретения технологическая схема производства гидроокиси алюминия в реакторе методом ультразвуковой активации металлического порошка алюминия в слабом растворе щелочей в непрерывном режиме приведена на чертеже, для непрерывного способа получения водорода и нанодисперсной гидроокиси алюминия в реакторе методом ультразвуковой активации металлического порошка алюминия в слабом растворе щелочей.In the framework of the present invention, a flow diagram of the production of aluminum hydroxide in a reactor by ultrasonic activation of aluminum metal powder in a weak alkali solution in a continuous mode is shown in the drawing, for a continuous method for producing hydrogen and nanosized aluminum hydroxide in a reactor by ultrasonic activation of aluminum metal powder in a weak alkali solution.
Установка для получения гидроокиси алюминия и водорода включает в себя устройство для смешивания мелкодисперсного порошка алюминия и воды в заданной пропорции, из которого указанная смесь подается в реактор для химического взаимодействия воды с алюминием, сопровождающегося выделением водорода и образованием продуктов окисления алюминия. Реактор для химического взаимодействия воды с алюминием выполнен низкого давления с функцией перемешивания вращением суспензии внутри реактора и снабжен устройством ультразвукового облучения суспензии внутри реактора при ее перемешивании вращением. Устройства отвода водородосодержащей газовой смеси и продуктов окисления алюминия формируют потоки транспортирования готовых продуктов, полученных в реакторе.The apparatus for producing aluminum hydroxide and hydrogen includes a device for mixing finely divided aluminum and water powder in a predetermined proportion, from which this mixture is fed to a reactor for the chemical interaction of water with aluminum, accompanied by hydrogen evolution and the formation of aluminum oxidation products. The reactor for the chemical interaction of water with aluminum is made of low pressure with the function of mixing the rotation of the suspension inside the reactor and is equipped with an ultrasonic irradiation device for the suspension inside the reactor when it is stirred by rotation. Devices for removing the hydrogen-containing gas mixture and aluminum oxidation products form the transportation flows of finished products obtained in the reactor.
Установка для получения гидроокиси алюминия и водорода включает в себя платформенные весы 1, реактор-растворитель 2, реактор 3, конденсатор 4, осушающую колонку 5, отстойник-осветлитель 6, фильтр 7 (или центрифуга), электрическую печь 8 (сушилка), шаровую мельницу 9, теплообменник 10. Реактор 3 оснащен датчиком давления, датчиком температуры раствора в реакторе, датчиком наличия металла в растворе в реакторе и перемешивающим устройством.An apparatus for producing aluminum and hydrogen hydroxide includes a platform scale 1, a solvent reactor 2, a reactor 3, a condenser 4, a drying column 5, a clarifier 6, a filter 7 (or a centrifuge), an electric furnace 8 (dryer), and a ball mill 9, heat exchanger 10. Reactor 3 is equipped with a pressure sensor, a solution temperature sensor in the reactor, a metal sensor in the solution in the reactor, and a mixing device.
Раствор электролита заданной концентрации готовится в реакторе-растворителе 2 путем растворения отмеренного платформенными весами 1 количества твердой щелочи в деионизованной воде. Приготовленный раствор подается в реактор, одновременно с ним внутрь реактора через насос дозатор подают водноалюминиевуго суспензию, смесь которых подвергается ультразвуковому облучению для срыва оксидной пленки с поверхности частиц алюминия и начала его окисления в реакторе 3 при перемешивании и температуре электролита внутри этого реактора 65-70°С. Образующийся в результате химических реакций продукт, нанодисперсная гидроокись алюминия, отмывается от электролита на фильтре 7. Первый фильтрат возвращается в реактор-растворитель 2 для приготовления новой порции раствора электролита. С целью снижения нагрузки на фильтр легко коагулируемые осадки отделяют от надосадочной жидкости в отстойнике-осветлителе 6. Надосадочная жидкость используется для приготовления раствора электролита в реакторе 2. Вместо фильтра 7 иногда целесообразно использовать центрифугу. Необходимую сушку и прокаливание продукта проводят в электрической печи 8. Если в результате термообработки продукт теряет сыпучесть, его размалывают в шаровой мельнице 9. Аппараты 7, 8 и 9 могут быть заменены на распылительную сушилку.A solution of the electrolyte of a given concentration is prepared in a solvent reactor 2 by dissolving the amount of solid alkali measured by platform scales 1 in deionized water. The prepared solution is supplied to the reactor, at the same time, a water-aluminum suspension is fed into the reactor through the dispenser pump, the mixture of which is subjected to ultrasonic irradiation to disrupt the oxide film from the surface of aluminum particles and start its oxidation in reactor 3 with stirring and the temperature of the electrolyte inside this reactor is 65-70 ° FROM. The product resulting from chemical reactions, nanodispersed aluminum hydroxide, is washed from the electrolyte on filter 7. The first filtrate is returned to the solvent reactor 2 to prepare a new portion of the electrolyte solution. In order to reduce the load on the filter, easily coagulated sediments are separated from the supernatant in the clarifier-clarifier 6. The supernatant is used to prepare an electrolyte solution in reactor 2. Instead of filter 7, it is sometimes advisable to use a centrifuge. The necessary drying and calcining of the product is carried out in an electric furnace 8. If, as a result of heat treatment, the product loses its flowability, it is ground in a ball mill 9. Apparatus 7, 8 and 9 can be replaced by a spray dryer.
Выделяющийся водород проходит конденсатор 4 для удаления водяных паров, осушающую колонку 5 и направляется в сборник. Конденсат водяного пара возвращается в реактор. 3. Для подогрева добавляемой в реактор воды в схеме предусмотрен теплообменник 10.The evolved hydrogen passes through a condenser 4 to remove water vapor, the drying column 5 and is sent to the collector. The steam condensate is returned to the reactor. 3. To heat the water added to the reactor, a heat exchanger 10 is provided in the circuit.
При организации непрерывного производства гидроокиси алюминия в рубашку реактора-растворителя необходимо подавать воду для нагрева электролита до необходимой температуры. Для этого используется тепло, утилизируемое в рубашке реактора 3.When organizing the continuous production of aluminum hydroxide, water must be supplied to the jacket of the solvent reactor to heat the electrolyte to the required temperature. For this, the heat utilized in the jacket of the reactor 3 is used.
Разработанная аппаратурно-технологическая схема производства гидроокиси алюминия может быть легко смонтирована на базе существующих электрохимических производств. Технология получения водорода и гидроксидов алюминия заключается в том, что из мелкодисперсного алюминия, с размером частиц не более 20 мкм, готовят суспензию порошкообразного алюминия в воде, которую непрерывно подают в реактор через узел ультразвукового облучения. Из верхней части реактора образующаяся пароводородная смесь подается в конденсатор, в котором происходит конденсация пара, а водород через систему осушки поступает на эстакаду или потребителю. Гидроксид алюминия выводится из нижней части реактора в отстойник-осветлитель. В основе технологии получения водорода и ультрадисперсной гидроокиси алюминия лежит химическая реакция, представленная по схеме.The developed hardware and technological scheme for the production of aluminum hydroxide can be easily mounted on the basis of existing electrochemical plants. The technology for producing hydrogen and aluminum hydroxides is that from a finely dispersed aluminum, with a particle size of not more than 20 microns, a suspension of powdered aluminum in water is prepared, which is continuously fed into the reactor through an ultrasonic irradiation unit. From the upper part of the reactor, the resulting steam-hydrogen mixture is fed to a condenser in which steam is condensed, and hydrogen is supplied to the overpass or consumer via the drying system. Aluminum hydroxide is removed from the bottom of the reactor to a clarifier clarifier. The technology for producing hydrogen and ultrafine aluminum hydroxide is based on a chemical reaction, presented according to the scheme.
Преимущественные показатели.Preferred indicators.
1. Простота, надежность и компактность исполнения по сравнению с аналогами.1. Simplicity, reliability and compactness of execution in comparison with analogues.
2. Низкие энергозатраты на 1 м3 Н и 2 кг ALOOH: ультразвук - 500 Вт·ч, насос - 500 Вт·ч.2. Low energy consumption per 1 m 3 N and 2 kg ALOOH: ultrasound - 500 W · h, pump - 500 W · h.
Новизна способа заключается в том, что при непрерывной регулируемой подаче водной суспензии порошка алюминия осуществляется его ультразвуковая активация, где происходит химическое взаимодействие воды с алюминием, сопровождающееся выделением водорода и образованием продуктов окисления алюминия (гидроксидов). В целом использование в разработанном способе комбинации воздействующих факторов обеспечивает получение чистого водорода, продуктов окисления алюминия, поддержание безопасного температурного режима технологической смеси и исключает образование взрывоопасной смеси водорода с кислородом.The novelty of the method lies in the fact that with a continuous controlled supply of an aqueous suspension of aluminum powder, its ultrasonic activation is carried out, where the chemical interaction of water with aluminum occurs, accompanied by the evolution of hydrogen and the formation of aluminum oxidation products (hydroxides). In general, the use of a combination of influencing factors in the developed method ensures the production of pure hydrogen, aluminum oxidation products, maintaining a safe temperature of the process mixture and eliminates the formation of an explosive mixture of hydrogen with oxygen.
Активация алюминия осуществляется по технологии предварительной обработки выпускаемых промышленностью алюминиевых порошков ультразвуком.The activation of aluminum is carried out according to the technology of preliminary processing of aluminum powders produced by the industry with ultrasound.
Из результатов теоретических расчетов и экспериментальных исследований следует, что при сжигании 1 кг алюминия в водных средах, наряду с тепловой энергией (17,1 МДж), выделяется большое количество высокочистого водорода (1,165 нм3) и образуется более 2 кг нанокристаллических гидроксидов алюминия, рыночная стоимость которых - $50-400 за кг.From the results of theoretical calculations and experimental studies it follows that when burning 1 kg of aluminum in aqueous media, along with thermal energy (17.1 MJ), a large amount of high-purity hydrogen (1.165 nm 3 ) is released and more than 2 kg of nanocrystalline aluminum hydroxides are formed, market the cost of which is $ 50-400 per kg.
Это позволяет использовать данный процесс для получения водорода в автономных, высокопроизводительных и энергетически эффективных газогенерирующих устройствах, в том числе в малогабаритных и автономных газосварочных агрегатах.This allows you to use this process to produce hydrogen in autonomous, high-performance and energy-efficient gas generating devices, including small-sized and autonomous gas-welding units.
При дожигании образующегося водорода в тепловых и двигательных установках энергетический выход (30,57 МДж/кг) превышает затраты на регенерацию исходного горючего из оксида алюминия (26,3 МДж/кг). Получение энергии обеспечивается при полной регенерации исходных компонентов (алюминий и вода) без выбросов токсичных компонентов в атмосферу.When the generated hydrogen is burned in thermal and propulsion systems, the energy output (30.57 MJ / kg) exceeds the cost of regenerating the initial fuel from alumina (26.3 MJ / kg). Energy is provided during the complete regeneration of the starting components (aluminum and water) without emission of toxic components into the atmosphere.
Удельная стоимость 1 МДж энергии при сжигании алюминия с последующей его регенерацией электролизом оксида алюминия существенно ниже по сравнению со сжиганием бензинов и гидроэлектроэнергией.The specific cost of 1 MJ of energy in the combustion of aluminum with its subsequent regeneration by electrolysis of aluminum oxide is significantly lower in comparison with the burning of gasolines and hydroelectricity.
Энергетический баланс циклов сжигания и регенерации обеспечивает выигрыш около 16% энергии за счет дожигания выделяющегося водорода до воды кислородом атмосферного воздуха. Таким образом, при полной регенерации исходных реагентов (алюминия и воды) можно автономно обеспечивать получение тепловой энергии при себестоимости 1 МДж - 0,0015$, что экономически более выгодно по сравнению со сжиганием углеводородного горючего (0,007 $).The energy balance of the combustion and regeneration cycles provides a gain of about 16% of the energy due to the afterburning of the released hydrogen to water by atmospheric oxygen. Thus, with the complete regeneration of the starting reagents (aluminum and water), it is possible to autonomously provide thermal energy at a cost of 1 MJ - $ 0.0015, which is economically more profitable than burning hydrocarbon fuel ($ 0.007).
Технологии алюмоэнергетики могут быть использованы в различных энергетических устройствах, а также для получения водорода и особо чистого высокодисперсного оксида алюминия, рыночная стоимость которого за 1 кг от 150 до 400 $ при стоимости исходного алюминия 1,5-2 $ за 1 кг.Aluminum energy technologies can be used in various power devices, as well as for the production of hydrogen and highly pure highly dispersed aluminum oxide, the market value of which for 1 kg is from $ 150 to $ 400 with the cost of the source aluminum 1,5-2 $ for 1 kg.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет обеспечить совместное получение гидроксидов алюминия заданной структуры и водорода при проведении способа в непрерывном режиме, с предварительной подготовкой суспензии порошкообразного алюминия в воде. Полученный способ характеризуется безотходностью, технологичностью и высокой производительностью, а также экологической безопасностью.Thus, the present invention allows for the joint production of aluminum hydroxides of a given structure and hydrogen when carrying out the method in a continuous mode, with preliminary preparation of a suspension of powdered aluminum in water. The resulting method is characterized by non-waste, manufacturability and high productivity, as well as environmental safety.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007116384/15A RU2350563C2 (en) | 2007-05-03 | 2007-05-03 | Aluminium and hydrogen production plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007116384/15A RU2350563C2 (en) | 2007-05-03 | 2007-05-03 | Aluminium and hydrogen production plant |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007116384A RU2007116384A (en) | 2008-11-10 |
| RU2350563C2 true RU2350563C2 (en) | 2009-03-27 |
Family
ID=40543094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007116384/15A RU2350563C2 (en) | 2007-05-03 | 2007-05-03 | Aluminium and hydrogen production plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2350563C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130149234A1 (en) * | 2011-12-08 | 2013-06-13 | Chung Yuan Christian University | Continuous Hydrogen Production Device And Method Thereof |
| RU2603669C2 (en) * | 2015-04-30 | 2016-11-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" (Университет машиностроения) | Apparatus for producing hydrogen and aluminium hydroxides |
| RU2603802C2 (en) * | 2015-04-30 | 2016-11-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" (Университет машиностроения) | Apparatus for producing hydrogen and aluminium hydroxides |
| RU2783379C1 (en) * | 2021-11-29 | 2022-11-11 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ УУХ СО РАН) | Method for hydrogen production (variants) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1100284A (en) * | 1977-02-23 | 1981-05-05 | Jerzy Grzymek | Method for obtaining aluminium oxide |
| SU1445111A1 (en) * | 1987-04-27 | 1995-04-20 | Г.И. Рудник | Powder production unit |
| GB2283483A (en) * | 1992-07-17 | 1995-05-10 | Reheis Inc | Methods for preparing basic aluminium compounds with ultrasound |
| RU2040470C1 (en) * | 1992-04-16 | 1995-07-25 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Вера" | Method of producing metal oxide powder |
| RU2223221C1 (en) * | 2003-02-11 | 2004-02-10 | Закрытое акционерное общество "Фирма Риком СПб" | Aluminum oxides/hydroxides and hydrogen manufacture method |
-
2007
- 2007-05-03 RU RU2007116384/15A patent/RU2350563C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1100284A (en) * | 1977-02-23 | 1981-05-05 | Jerzy Grzymek | Method for obtaining aluminium oxide |
| SU1445111A1 (en) * | 1987-04-27 | 1995-04-20 | Г.И. Рудник | Powder production unit |
| RU2040470C1 (en) * | 1992-04-16 | 1995-07-25 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Вера" | Method of producing metal oxide powder |
| GB2283483A (en) * | 1992-07-17 | 1995-05-10 | Reheis Inc | Methods for preparing basic aluminium compounds with ultrasound |
| RU2223221C1 (en) * | 2003-02-11 | 2004-02-10 | Закрытое акционерное общество "Фирма Риком СПб" | Aluminum oxides/hydroxides and hydrogen manufacture method |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130149234A1 (en) * | 2011-12-08 | 2013-06-13 | Chung Yuan Christian University | Continuous Hydrogen Production Device And Method Thereof |
| US8865118B2 (en) * | 2011-12-08 | 2014-10-21 | Chung Yuan Christian University | Continuous hydrogen production device and method thereof |
| RU2603669C2 (en) * | 2015-04-30 | 2016-11-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" (Университет машиностроения) | Apparatus for producing hydrogen and aluminium hydroxides |
| RU2603802C2 (en) * | 2015-04-30 | 2016-11-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" (Университет машиностроения) | Apparatus for producing hydrogen and aluminium hydroxides |
| RU2783379C1 (en) * | 2021-11-29 | 2022-11-11 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ УУХ СО РАН) | Method for hydrogen production (variants) |
| RU2798028C1 (en) * | 2022-08-05 | 2023-06-14 | Федеральное Автономное Учреждение "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Method for controlling the temperature and humidity of the steam-hydrogen mixture |
| RU2803495C1 (en) * | 2022-12-28 | 2023-09-14 | Денис Александрович Храмичев | Plant for the production of hydrogen and aluminum trihydrate |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007116384A (en) | 2008-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7141627B2 (en) | Fluidization Reaction Method for Propylene Oxide Synthesis by Gas Phase Epoxidation of Propylene and Hydrogen Peroxide | |
| US8101152B1 (en) | Sonochemical synthesis of titanium-containing oxides | |
| KR100586850B1 (en) | Manufacturing method of nano powder and nano particle loose aggregate powder | |
| US20150210558A1 (en) | Process for Producing Magnesium Oxide | |
| JP2019502890A (en) | Aluminum melting and black dross recycling system and method | |
| JPH0450105A (en) | Production of metal oxide fine particle | |
| EP2619134A1 (en) | Process for the production of carbon graphenes and other nanomaterials | |
| Palacio et al. | CuO/CeO 2 catalysts for glycerol selective conversion to lactic acid | |
| RU2350563C2 (en) | Aluminium and hydrogen production plant | |
| RU2223221C1 (en) | Aluminum oxides/hydroxides and hydrogen manufacture method | |
| US9352178B2 (en) | Methods and equipment for hydrothermal processing and disposal of highly toxic substances, waste and metal powders | |
| JP2010524819A (en) | Bismuth oxide production method and apparatus | |
| JP6927687B2 (en) | Nanodiamond dispersion liquid manufacturing method and nanodiamond dispersion liquid | |
| Zhang et al. | Synthesis of p-aminophenol by transfer hydrogenation of nitrobenzene with formic acid as a hydrogen source | |
| JP2014500785A (en) | Method for continuous synthesis of nanomaterials in which emulsification and explosion of emulsion are performed simultaneously | |
| CN112752731A (en) | Method for preparing powdery porous crystalline metallosilicate by flame spray pyrolysis | |
| JP7771133B2 (en) | Nanodiamond manufacturing method and nanodiamond | |
| JP2017202940A (en) | Nano diamond manufacturing method | |
| CN102267707B (en) | Process for preparing nanometer lithium carbonate particle by precipitation | |
| Lu et al. | New advance in application research of high-gravity process intensification technology | |
| CN87105506A (en) | The production method of the fluidized catalyst that synthesizing methanol is used | |
| JP2002201024A (en) | Method for producing composite fine particles containing zinc oxide as a main component | |
| Glikin et al. | A new way to increase catalyst activity | |
| Bayat et al. | Spherical Cu2O in AlPO-5/graphene oxide nanocomposite for enhanced photocatalytic degradation of dye with two positive charges under visible light | |
| US20220402764A1 (en) | Production of high purity particulate silicon carbide by hydrocarbon pyrolysis |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090504 |